通过实时pH测绘,在电化学活性生物膜中追踪质子.
Yuyi Gu1, Xiang Qi1, Pengfei Huo1
1State Key Laboratory of Regional Environment and Sustainability, School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, PR China.
Environmental science & technology
|August 6, 2025
概括
了解电活性生物膜 (EAB) 中的质子动态是微生物能量转换的关键. 这项研究揭示了有机负荷和缓冲如何影响内部pH值,影响质子和电子转移,以改善生物电化学系统设计.
科学领域:
- 生物电化学 生物电化学
- 微生物生理学 微生物生理学
- 环境工程 环境工程
背景情况:
- 精确描述质子的时空分布对于理解电活性生物膜 (EAB) 中的质子/电子生成和转移至关重要.
- 质子分布受到生成 (电子供体依赖) 和转移 (度梯度,缓冲效应) 的影响.
研究的目的:
- 通过实时pH测绘,研究有机负荷和缓冲对EAB中质子分布和电活性的影响.
- 阐明EAB中质子流和电子转移机制之间的关系.
主要方法:
- 在产生电流的EAB中使用比度光传感器进行非破坏性,实时的pH映射.
- 多种有机基质 (NaAc) 度,并使用酸盐缓冲盐水 (PBS) 系统.
主要成果:
- 在没有PBS的系统中,低有机负荷 (≤0.4g/L NaAc) 防止了由于质子扩散引起的内部酸化 (pH ≥6).
- 较高的有机负荷 (0.8 g/L NaAc) 导致过度的质子积累,导致酸化 (pH < 6) 和抑制电活性.
- 酸盐缓冲盐水 (PBS) 保持了中性pH值,但降低了质子度梯度,降低了扩散效率.
结论:
- 质子扩散对于保持EAB电活性至关重要,有机负荷和缓冲显著影响内部pH.
- 观察到质子流和电子流之间存在强烈的相关性,这表明质子监测可以追踪EAB中的电子转移.


